王騰飛， 程玖兵*， 朱峰， 伍新明， 徐蔚亞， 耿建華

1 同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200092 2 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院， 合肥 230026 3 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院， 北京 100083

0 引言

隨著深層、超深層儲(chǔ)層逐步成為我國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)之一，與之相應(yīng)的深井鉆探與開(kāi)采成本也不斷增加(何治亮等，2021).基于地震數(shù)據(jù)的構(gòu)造成像與綜合地質(zhì)解釋是優(yōu)選鉆探目標(biāo)與確定鉆井方案的重要依據(jù).因此，提高地震成像精度對(duì)降低鉆探風(fēng)險(xiǎn)與成本、提高儲(chǔ)層鉆遇成功率具有重要意義.

在上覆介質(zhì)橫向非均勻性很強(qiáng)的情況下，疊前深度偏移因其對(duì)復(fù)雜構(gòu)造成像的有效性被廣泛采用，但其精度很大程度上取決于深度域偏移速度模型的可靠性.迄今為止，基于共成像點(diǎn)道集的反射走時(shí)層析一直是配套疊前深度偏移的主流速度建模技術(shù)(Claerbout,1985; Stork，1992；Woodward et al.，1998).然而，受觀測(cè)孔徑限制、速度-深度耦合以及地下介質(zhì)復(fù)雜非均勻性甚至各向異性等因素的影響，層析反演多解性很強(qiáng)，即使建立的速度模型能使偏移圖像聚焦、共成像點(diǎn)道集拉平，也常常會(huì)發(fā)現(xiàn)成像深度與鉆井結(jié)果存在較大的閉合差(Adler et al., 2008; Woodward et al.，2008；Osypov et al.,2013).隨鉆測(cè)井獲得的聲波時(shí)差、密度、孔隙壓力以及鉆井使用的泥漿比重等信息都能為速度模型修正提供重要信息.隨鉆地震則通過(guò)鉆井過(guò)程中校驗(yàn)炮資料等信息及時(shí)更新速度模型與偏移成像結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井前方地層結(jié)構(gòu)與鉆探目標(biāo)的重新評(píng)估和預(yù)測(cè)，為鉆探靶點(diǎn)調(diào)整和軌跡優(yōu)化提供實(shí)時(shí)決策依據(jù)(史鴻祥等，2016；周小慧等，2016；查樹(shù)貴等，2018).

在鉆井過(guò)程中采集校驗(yàn)炮數(shù)據(jù)主要有兩類(lèi)方法：一類(lèi)是鉆頭隨鉆地震，即以鉆頭破巖時(shí)的振動(dòng)作為震源，在地表布設(shè)檢波器進(jìn)行信號(hào)采集(Poletto et al., 2001;Naville et al., 2004).由于震源能量弱，且鉆頭性質(zhì)、地層巖性以及鉆進(jìn)方向等因素都會(huì)對(duì)地面接收信號(hào)產(chǎn)生影響，如何提高信噪比是比較關(guān)鍵的問(wèn)題(陸斌等，2009；吳何珍等，2010；Bakulin et al.，2020；Poletto et al.，2020).另一類(lèi)是隨鉆垂直地震剖面(VSP)，采用海面氣槍或地表可控震源等方式激發(fā)，在井下使用多分量地震檢波器接收信號(hào)，并通過(guò)泥漿脈沖傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳回校驗(yàn)炮數(shù)據(jù)(Esmersoy et al.，2013).由于隨鉆VSP在鉆進(jìn)的間隙進(jìn)行地震信號(hào)采集，大幅降低了施工成本并且可避免對(duì)鉆井操作產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，故已在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛應(yīng)用(Esmersoy et al.，2012；Shi et al.，2014；史鴻祥等，2016).

為了減少鉆探平臺(tái)的等待時(shí)間，獲取校驗(yàn)炮之后的速度更新與重新偏移過(guò)程必須有極高的實(shí)時(shí)性，通常要求在24 h內(nèi)完成.常規(guī)偏移速度建模與疊前深度成像處理周期較長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足隨鉆地震對(duì)時(shí)效性的要求(Woodward et al.，2008).在當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中，如果偏移速度明顯偏離校驗(yàn)炮數(shù)據(jù)處理結(jié)果，較為快速的調(diào)整策略通常是先對(duì)偏移速度重新標(biāo)定，再對(duì)地面數(shù)據(jù)反射地震成像結(jié)果進(jìn)行一維垂向拉伸以修正鉆探目標(biāo)的預(yù)測(cè)深度(楊學(xué)民和彭成斌，2018).然而，當(dāng)上覆地層存在強(qiáng)橫向變速時(shí)，速度誤差會(huì)同時(shí)導(dǎo)致鉆探目標(biāo)在橫向和垂向的偏離，僅用一維圖像拉伸無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確歸位，影響下一步鉆探方案的合理調(diào)整.為此，某些國(guó)際知名的石油工程服務(wù)公司先后研發(fā)了所謂的地震導(dǎo)向鉆井技術(shù)(SGD)，通過(guò)采集到的校驗(yàn)炮數(shù)據(jù)修正三維速度模型并重新進(jìn)行疊前深度偏移，以提高鉆頭前方地震成像精度(楊學(xué)民和彭成斌，2018).該技術(shù)已在我國(guó)塔里木地區(qū)深層碳酸鹽巖溶洞型儲(chǔ)層鉆探中獲得了成功應(yīng)用(史鴻祥等，2016).上述公司只提供工程服務(wù)，未公開(kāi)鉆探過(guò)程中速度模型更新的具體方法技術(shù).因此，在國(guó)內(nèi)加大隨鉆測(cè)井、隨鉆地震技術(shù)與儀器研發(fā)的背景下，發(fā)展與之配套的速度模型與地震成像更新方法，有望推動(dòng)我國(guó)深層、超深層油氣資源高效勘探與經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的技術(shù)進(jìn)步.

本文提出了一種隨鉆測(cè)井引導(dǎo)的地震成像方法，聯(lián)合隨鉆測(cè)量的地層速度與預(yù)先的地震成像結(jié)果，實(shí)時(shí)修正井周三維速度模型，并且借助基準(zhǔn)面延拓快速完成鉆頭前方局部一定范圍的疊前深度偏移處理，為鉆進(jìn)方案優(yōu)化提供更精確的地震圖像.下面先介紹核心方法與技術(shù)流程，然后利用塔里木盆地躍進(jìn)工區(qū)實(shí)際地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，仿真隨鉆測(cè)井過(guò)程檢驗(yàn)方法技術(shù)的有效性.

1 隨鉆測(cè)井驅(qū)動(dòng)的三維速度模型更新

在地震解釋中，三維地震成像數(shù)據(jù)的一致性波形屬性，如波峰、波谷或振幅零點(diǎn)等同相點(diǎn)形成的層位面，通常用以指示具有相同地質(zhì)年代的沉積地層.由于同時(shí)代的地層沉積環(huán)境類(lèi)似，所經(jīng)歷的地質(zhì)過(guò)程也基本一致，因此對(duì)應(yīng)的巖石物性也很相近.利用這一特性，可以在相對(duì)地質(zhì)年代信息約束下利用鉆井速度對(duì)井周偏移速度模型更新.下面具體闡述其中兩個(gè)關(guān)鍵步驟.

1.1 高分辨率三維地質(zhì)年代體計(jì)算

相對(duì)地質(zhì)年代體(RGT)的概念最早由Stark(2003)提出.如圖1b所示，它由隨空間坐標(biāo)變化的地質(zhì)年代時(shí)間構(gòu)成.根據(jù)地質(zhì)學(xué)原理，在沒(méi)有劇烈倒轉(zhuǎn)的區(qū)域，地層埋藏越深其地質(zhì)年代越老，因此通常假設(shè)地質(zhì)年代時(shí)間隨深度單調(diào)遞增.在此情況下，可以從三維地震成像數(shù)據(jù)體出發(fā)，通過(guò)相位展開(kāi)(Stark,2003,2004;Wu and Zhong,2012)或者反射界面傾角預(yù)測(cè)(Fomel,2010；Parks,2010)等方法估算RGT.計(jì)算方法詳見(jiàn)附錄A.當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)存在斷層或不整合面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，相對(duì)地質(zhì)年代體的求解往往會(huì)遇到較大挑戰(zhàn)，需要通過(guò)各向異性的平滑算子和斷層兩側(cè)點(diǎn)位控制等約束條件來(lái)提高求解精度與穩(wěn)定性，更多細(xì)節(jié)可參考Wu和Hale(2015).最終，通過(guò)上述方法求解出三維空間中每個(gè)樣點(diǎn)處的垂向時(shí)差，進(jìn)而可以獲取相對(duì)地質(zhì)年代體.

圖1 三維地震成像數(shù)據(jù)體與相對(duì)地質(zhì)年代體

1.2 井周速度快速更新

在鉆探過(guò)程中，通常有兩類(lèi)方法獲得井孔周?chē)貙拥卣鸩▊鞑ニ俣?第一類(lèi)方法可由隨鉆測(cè)井聲波時(shí)差數(shù)據(jù)換算成聲波速度，然后基于Backus平均估算地震波層速度信息.第二類(lèi)則可以利用校驗(yàn)炮或隨鉆VSP初至走時(shí)信息快速估算地層波速.將由測(cè)井或隨鉆地震獲得的井孔地震波速度v(x,z)與深度域偏移速度v0(x,z)相減，即可獲得井孔處深度域偏移速度的更新量δv(x,z),進(jìn)而在相對(duì)地質(zhì)年代信息約束下對(duì)井周三維偏移速度模型進(jìn)行更新.首先，以井軌跡為中心、半徑為r的圓柱體內(nèi)，將井孔速度更新量在相對(duì)地質(zhì)年代一致的方向插值外推，并隨著與井孔距離增加對(duì)更新量δv(x,y,z)進(jìn)行高斯衰減，以保證更新后的偏移速度沒(méi)有異常的垂向突變界面.然后，根據(jù)相對(duì)地質(zhì)年代信息，利用三維垂向時(shí)差s(x,y,z)對(duì)δv(x,y,z)進(jìn)行拉伸，使其與地震層位平行(圖2).最后，將沿地層約束后的速度更新量施加到原有偏移速度體上，獲得更新后的偏移速度模型.

圖2 井周快速偏移速度更新示意圖

2 與基準(zhǔn)面延拓結(jié)合的快速疊前深度偏移

2.1 地震炮記錄的基準(zhǔn)面延拓

在前一階段隨鉆測(cè)井或隨鉆VSP引導(dǎo)下更新偏移速度模型后，需要快速更新地震成像以指導(dǎo)下一階段的鉆探.從地面開(kāi)始的三維疊前深度偏移非常耗時(shí)，難以在鉆井間歇時(shí)間窗口內(nèi)完成.在波動(dòng)方程基準(zhǔn)面延拓(如Yang et al.,2009)的基礎(chǔ)上實(shí)施井周局部三維疊前深度偏移處理是一種有效的解決方案.首先，以當(dāng)前鉆井深度為本階段的基準(zhǔn)面，基于已更新的偏移速度模型完成井周疊前深度偏移成像，同時(shí)把延拓到基準(zhǔn)面的源端和檢波器端波場(chǎng)數(shù)據(jù)保存下來(lái)，形成所謂的虛擬炮記錄.然后，在下一個(gè)鉆探階段完成偏移速度模型更新之后，就直接用這些虛擬炮記錄對(duì)井前一定范圍的局部空間進(jìn)行疊前深度偏移成像.疊前深度偏移與基準(zhǔn)面延拓共享了源端和檢波器端波場(chǎng)傳播計(jì)算，每個(gè)鉆探階段的成像空間都不大，而且隨著基準(zhǔn)面變深，虛擬炮記錄的規(guī)模也在不斷縮小，這就給鉆井引導(dǎo)的快速地震成像創(chuàng)造了非常有利的條件.

2.2 GPU加速的波動(dòng)方程疊前深度偏移

在保證成像精度前提下盡量縮短疊前深度偏移計(jì)算時(shí)間是確保隨鉆地震成像技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵.這里采用單程波方程疊前深度偏移方法，使得偏移成像與基準(zhǔn)面延拓完全共享源端和檢波器端的波場(chǎng)延拓計(jì)算，并且克服射線(xiàn)類(lèi)偏移方法在處理強(qiáng)非均勻介質(zhì)中多波至和焦散問(wèn)題時(shí)存在的不足.為了保證波場(chǎng)延拓的精度，采用優(yōu)化系數(shù)傅里葉有限差分算法求解頻率域的三維標(biāo)量單程波方程，構(gòu)建具有廣角精度的上行波與下行波深度延拓算子(程玖兵等，2001；Biondi,2002).基于上述波場(chǎng)延拓與成像的快速算法，在更新過(guò)程中輸出鉆頭前方地震成像結(jié)果，同時(shí)保存延拓到當(dāng)前基準(zhǔn)面上的源端和檢波端波場(chǎng)，作為下一階段快速地震成像的輸入數(shù)據(jù).

為滿(mǎn)足隨鉆地震成像對(duì)計(jì)算效率的要求，采用CPU/GPU異構(gòu)并行計(jì)算平臺(tái)對(duì)波場(chǎng)延拓與成像算法進(jìn)行加速，以便在鉆井間歇時(shí)間窗口內(nèi)快速獲得井周及鉆頭前方的高精度地震圖像.上述過(guò)程中采用兩級(jí)的并行模式：第一級(jí)基于MPI信息傳遞接口實(shí)現(xiàn)炮域粗粒度并行，第二級(jí)基于GPU進(jìn)行線(xiàn)程級(jí)的細(xì)粒度并行，實(shí)現(xiàn)源端與檢波器端波場(chǎng)延拓以及成像條件施加.在震源和檢波點(diǎn)端的波場(chǎng)延拓過(guò)程中，沿x-y平面的二維傅里葉變換是主要的計(jì)算瓶頸.對(duì)此，采用CUDA平臺(tái)內(nèi)置的cuFFT數(shù)學(xué)庫(kù)進(jìn)行快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)算法加速,并根據(jù)cuFFT數(shù)學(xué)庫(kù)的特點(diǎn)，搜索最優(yōu)的變換長(zhǎng)度(應(yīng)符合2a×3b×5c×7d,a,b,c,d為自然數(shù))對(duì)x-和y-方向的采樣點(diǎn)進(jìn)行鑲邊，提高計(jì)算效率.同時(shí)，針對(duì)過(guò)程中涉及的CPU與GPU之間的數(shù)據(jù)傳輸以及虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)的磁盤(pán)讀寫(xiě)等計(jì)算瓶頸，依據(jù)操作的執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)的依賴(lài)關(guān)系，利用主機(jī)端與設(shè)備端任務(wù)異步執(zhí)行以及流并行等機(jī)制，交替使用緩沖區(qū)，充分實(shí)現(xiàn)波場(chǎng)計(jì)算-傳輸-讀寫(xiě)的重疊執(zhí)行以縮短總體運(yùn)行時(shí)間.

3 井孔速度引導(dǎo)的動(dòng)態(tài)地震成像技術(shù)流程

以井周三維偏移速度模型更新、波動(dòng)方程基準(zhǔn)面延拓以及GPU加速的單程波疊前深度偏移為核心，本文建立了一種隨鉆測(cè)井或隨鉆VSP驅(qū)動(dòng)的地震成像技術(shù)流程(圖3).首先，從目標(biāo)工區(qū)疊前深度偏移處理獲得的三維成像體估算高分辨率的相對(duì)地質(zhì)年代體，為速度模型更新提供地層格架約束；根據(jù)鉆位坐標(biāo)和鉆探目標(biāo)范圍，基于三維射線(xiàn)追蹤確定對(duì)深部預(yù)定鉆探目標(biāo)成像有貢獻(xiàn)的炮檢分布，據(jù)此從預(yù)處理后的三維疊前地震數(shù)據(jù)中篩選出相應(yīng)的炮道集，連同疊前深度偏移處理獲得的深度域?qū)铀俣饶Ｐ秃凸浪愕南鄬?duì)地質(zhì)年代體作為整個(gè)流程的輸入數(shù)據(jù).然后，在一個(gè)階段的鉆探完成后，立即利用隨鉆測(cè)井或隨鉆VSP提供的地震波層速度信息，在相對(duì)地質(zhì)年代信息約束下對(duì)井周一定范圍內(nèi)的偏移速度模型進(jìn)行更新.接著，通過(guò)GPU加速及時(shí)更新井周和井前一定范圍內(nèi)的三維地震圖像，并用延拓到當(dāng)前鉆井深度的源端和檢波器端波場(chǎng)作為虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)作下一個(gè)階段輸入的炮記錄.在工程進(jìn)度允許的情況下，可采用最小平方基準(zhǔn)面延拓方法(Zhu and Cheng,2022)，同時(shí)提高虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)與井周地震成像的質(zhì)量(如分辨率、信噪比和振幅保真度).最后，根據(jù)鉆頭前方最新的三維地震圖像，重新評(píng)估鉆探目標(biāo)和優(yōu)化鉆進(jìn)方案.這樣經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)階段的迭代，直至達(dá)到鉆探目標(biāo)深度.由于鉆井平臺(tái)遠(yuǎn)離室內(nèi)地震數(shù)據(jù)處理中心，上述流程中鉆井驅(qū)動(dòng)的速度模型與地震成像更新可采用便攜式GPU工作站作為計(jì)算平臺(tái).

圖3 隨鉆測(cè)井速度引導(dǎo)的動(dòng)態(tài)地震成像技術(shù)流程

4 數(shù)值試驗(yàn)

下面以塔里木盆地躍進(jìn)工區(qū)為例，利用前期獲得的測(cè)井速度資料以及地震疊前深度偏移結(jié)果，模擬兩個(gè)階段隨鉆測(cè)井驅(qū)動(dòng)的地震成像更新過(guò)程，初步驗(yàn)證方法技術(shù)流程的有效性.由于缺少實(shí)際隨鉆測(cè)井或隨鉆VSP數(shù)據(jù)，這里選取工區(qū)內(nèi)YJ-3井為模擬井位，將前期該井常規(guī)測(cè)井資料處理獲得的聲波速度數(shù)據(jù)分為1.5～4.2 km、4.2～7 km兩段，代表兩個(gè)不同鉆井階段獲得的高分辨率層速度.下面對(duì)更新過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明.

首先，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，選取井周5.0 km×5.0 km范圍的疊前地震數(shù)據(jù)(共334炮)、偏移速度模型以及深度域地震成像體，并基于成像體數(shù)據(jù)估算相對(duì)地質(zhì)年代(圖4).然后，進(jìn)行隨鉆測(cè)井第一階段的速度模型更新.將高分辨率的聲波速度進(jìn)行Backus平均，獲得適合地震成像的縱波層速度(圖5a藍(lán)色實(shí)線(xiàn))，并在相對(duì)地質(zhì)年代信息約束下更新井周(以井軌跡為中心、半徑1.0 km范圍內(nèi))偏移速度模型，如圖6c—d所示.接著，在配備6張RTX-3080Ti高性能顯卡的GPU工作站上，完成第一階段的疊前深度偏移處理，更新井周與鉆頭前方三維地震圖像.在上述深度偏移過(guò)程中，用延拓到鉆頭深度的源端和檢波器端三維波場(chǎng)數(shù)據(jù)替換地面炮集數(shù)據(jù)，作為第二階段的虛擬觀測(cè)地震數(shù)據(jù).由于淺部層速度整體上更新量不大，而且井周速度橫向變化較小，這個(gè)階段更新后深層地震圖像改變不明顯.因此假設(shè)按常規(guī)測(cè)井軌跡繼續(xù)向深部鉆進(jìn).

圖4 井周5 km×5 km范圍的三維地震成像數(shù)據(jù)(a)、偏移速度模型(b)和相對(duì)地質(zhì)年代體(c)

圖5 第一階段1.5～4.2 km的速度更新

圖6 第二階段4.2～7 km的速度更新

當(dāng)?shù)诙A段鉆井結(jié)束時(shí)，對(duì)4.2 km至7.0 km深度范圍內(nèi)井周偏移速度進(jìn)行更新(如圖6)，并利用虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)從4.2 km深度的基準(zhǔn)面開(kāi)始進(jìn)行新一輪的局部疊前深度偏移處理.如圖7所示，在完成第二階段速度模型更新之后，井周地震成像得到了改善，深度5 km以下的反射界面成像更聚焦；對(duì)比5.7 km附近的標(biāo)志層位，鉆前、鉆后層位深度調(diào)整達(dá)到60 m左右.而且，在更新后的地震成像與測(cè)井聲波阻抗曲線(xiàn)更加吻合(圖8).上述兩個(gè)階段的三維疊前深度偏移處理分別耗時(shí)2.5 h和2.6 h.把配套的隨鉆測(cè)井或隨鉆VSP數(shù)據(jù)處理考慮在內(nèi)，每個(gè)階段在速度模型和地震成像更新都可在24 h之內(nèi)完成.

圖7 偏移速度更新前后成像結(jié)果以及奧陶系內(nèi)部關(guān)鍵界面(T74)目標(biāo)層位對(duì)比差異

圖8 更新前后inline=2.5 km處的地震切片以及測(cè)井聲波阻抗曲線(xiàn)對(duì)比

5 討論

從實(shí)踐的角度看，隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理在前文技術(shù)流程中起到非常關(guān)鍵的作用.在上覆地層橫向速度變化不太強(qiáng)的情況下，本文基于隨鉆測(cè)井與相對(duì)地質(zhì)年代信息的偏移速度更新是有效的.當(dāng)上覆地層存在強(qiáng)烈的橫向非均勻性時(shí)，有必要利用隨鉆VSP數(shù)據(jù)甚至地面三維地震數(shù)據(jù)或基準(zhǔn)面上的虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)，按照三維走時(shí)層析原理更新上覆地層的速度乃至各向異性和衰減參數(shù)，并采用適應(yīng)上覆介質(zhì)特性的疊前深度偏移算法更新成像結(jié)果.然而，簡(jiǎn)單沿用常規(guī)疊前深度偏移處理中基于共成像點(diǎn)道集的反射走時(shí)層析更新速度模型并不合適，因?yàn)槭Ｓ鄷r(shí)差拾取工作較為繁瑣，且共成像點(diǎn)道集生成與三維走時(shí)層析計(jì)算耗時(shí)巨大，這些都很難在鉆探過(guò)程中短暫的間歇內(nèi)完成.針對(duì)更復(fù)雜地質(zhì)情況，提出基于隨鉆VSP或虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)的偏移速度模型更新方法，是下一步急需開(kāi)展的工作.

在隨鉆測(cè)井引導(dǎo)的地震成像技術(shù)流程中，與疊前深度偏移處理同步的基準(zhǔn)面延拓為高效的局部地震成像創(chuàng)造了非常有利的條件.由于地表觀測(cè)孔徑限制、震源和檢波器排布不規(guī)則以及上覆復(fù)雜地質(zhì)體的影響，常規(guī)的基準(zhǔn)面延拓方法可能無(wú)法保證虛擬觀測(cè)的質(zhì)量(Zhu et al.，1998；Xue and Schuster，2008).最近受到關(guān)注的基于迭代反演的最小平方基準(zhǔn)面延拓方法(Guo and Alkhalifah，2020；Zhu and Cheng，2022)為提升虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)品質(zhì)提供了很好的思路.能否使其在隨鉆測(cè)井引導(dǎo)的地震成像技術(shù)流程中具有計(jì)算可行性，值得加以研究.

值得注意的是，本文隨鉆測(cè)井引導(dǎo)的動(dòng)態(tài)地震成像并非絕對(duì)意義上的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而是在鉆進(jìn)過(guò)程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(如更換套管等時(shí)間窗口)及時(shí)處理傳回地面的聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，并按本文方法進(jìn)行速度模型與地震成像的快速更新，再對(duì)鉆探目標(biāo)進(jìn)行重新評(píng)估，從而引導(dǎo)鉆頭朝著更準(zhǔn)確的位置鉆進(jìn).

6 結(jié)論

本文針對(duì)深層、超深層復(fù)雜油氣藏高效勘探與經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)面臨的難題，提出了一種隨鉆測(cè)井驅(qū)動(dòng)的快速地震成像方法.它基于鉆井提供的聲波速度資料，在相對(duì)地質(zhì)年代約束下對(duì)地震波偏移速度模型進(jìn)行更新，依托便攜式高性能計(jì)算平臺(tái)完成鉆頭前方一定范圍內(nèi)的疊前深度偏移處理，保證在鉆井間歇時(shí)窗內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)更新鉆頭前方的三維地震圖像，重新定位深部?jī)?chǔ)層目標(biāo)、及時(shí)調(diào)整鉆井軌跡，有助于提高鉆探成功率.塔里木盆地躍進(jìn)工區(qū)圍繞YJ-3井的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，井資料提供的地層速度在Backus平均之后，可以在地質(zhì)學(xué)原理指導(dǎo)下有效修正井周偏移速度模型，從而改善重新偏移處理結(jié)果的井震閉合程度.今后擬將這項(xiàng)技術(shù)與隨鉆VSP技術(shù)有機(jī)融合，使之可以處理上覆介質(zhì)地震波速度橫向非均勻性非常強(qiáng)的復(fù)雜地質(zhì)情況.

致謝感謝北京大學(xué)能源研究院金之鈞院士和中國(guó)石油化工股份有限公司何治亮教授對(duì)本項(xiàng)研究工作的指導(dǎo).

附錄A 基于結(jié)構(gòu)張量的相對(duì)地質(zhì)年代體計(jì)算

本文采用基于結(jié)構(gòu)張量的方法來(lái)計(jì)算RGT(Wu and Hale,2015).在RGT中，某一固定的地質(zhì)年代時(shí)間τ(x,y,z)=τ0所形成的平面與該空間位置處的地震層位應(yīng)保持一致，因此RGT的梯度向量應(yīng)與地震層位的法線(xiàn)方向平行，可以表示為：

(A1)

τ(x,y,z)=t+s(x,y,z),

(A2)

(A3)

其中p=-nx/nz,q=-ny/nz分別為地震反射同相軸在x和y方向的斜率，w為與p,q可靠性有關(guān)的權(quán)重因子.對(duì)于空間任意一點(diǎn)，(A3)式中w,p,q均為已知量，三個(gè)方向的空間導(dǎo)數(shù)可以通過(guò)有限差分近似獲得，因此公式(A3)左端可看作由w,p,q以及差分系數(shù)共同決定的矩陣運(yùn)算.

如果三維成像數(shù)據(jù)體包含N個(gè)采樣點(diǎn)，則按(A3)式構(gòu)成3N個(gè)線(xiàn)性方程組，寫(xiě)成矩陣形式滿(mǎn)足：

WGs≈Wv,

(A4)

其中W為權(quán)重因子構(gòu)成的大小為3N×3N的對(duì)角陣，s為包含待求的相對(duì)地質(zhì)年代，為N×1的向量，G為包含p,q以及差分系數(shù)的稀疏矩陣,大小為3N×N，v由地層斜率和零向量構(gòu)成，大小為3N×1.通過(guò)最小二乘方法求解該線(xiàn)性方程組，可獲得各成像點(diǎn)處的s(x,y,z).最終通過(guò)公式(A2)計(jì)算獲得三維相對(duì)地質(zhì)年代體.